JP6103332B2 - バッテリー安全装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリー安全装置に関し、より詳しくは、車両衝突が生じた場合であっても、バッテリーの発火又は爆発を防止する装置に関する。

本出願は、２０１３年６月７日出願の韓国特許出願第１０−２０１３−００６５３２８号及び２０１４年６月３日出願の韓国特許出願第１０−２０１４−００６７７８８号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

近年、化石エネルギーの枯渇と環境汚染のため、化石エネルギーを使用せず電気エネルギーを用いて駆動できる電気製品への関心が高まっている。

また、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに対する技術開発と需要が伸びるにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加しており、需要の形態も多様になっている。従って、多様な要求に応えられるように二次電池で構成されるバッテリーに関する多くの研究が行われている。

一方、電気自動車やハイブリッド自動車は高出力、大容量のバッテリーを必要とする。しかし、自動車に装着された高出力、大容量バッテリーは自動車衝突のような事故によって爆発する危険性がある。すなわち、車両衝突による直接的な被害だけでなく、衝突によりバッテリーが発火又は爆発する２次事故につながる恐れがある。特に、電気自動車やハイブリッド自動車は高出力、大容量のバッテリーを使用するため、このような発火又は爆発の危険性が一段と高いと言える。そこで、バッテリー関連の技術分野では車両の衝突時にバッテリーの爆発を防止する方案が提示されている。

従来技術としては、特許文献１に車両バッテリー安全システムが開示されている。前記車両バッテリー安全システムは、車両衝突が感知された場合、バッテリー安全機器を活性化させることを主な内容にし、ｉ）圧縮ガスを用いたバッテリー冷却装置、ｉｉ）バッテリーを電気的に分離させる装置、及びｉｉｉ）放電抵抗を含むバッテリー安全機器を開示している。

しかし、前記ｉ）圧縮ガスを用いた冷却装置は、別途のガスタンクを必要とし、周期的にガス圧力を点検しなければならないという短所がある。また、ガスタンクの容量によっては貯蔵された圧縮ガス量が冷却には十分ではないこともあり得る。前記ｉｉ）バッテリー分離装置はバッテリーを完全に分離させるため、衝突事故の後に自動車を制御できないという短所がある。また、前記ｉｉｉ）放電抵抗はバッテリーを放電させる時間が必要であり、その間はバッテリーを冷却させることができないという短所がある。

従来技術は多様なバッテリー安全システムに関して開示しているが、上述したような短所を有している。特に、従来の冷却装置を用いたバッテリー安全システムは、バッテリーが高出力、高容量を維持している場合、冷却途中に爆発する恐れがあり、放電抵抗を用いたバッテリー安全システムも迅速に冷却できず、バッテリーが発火又は爆発し得る状態に置かれるという問題がある。

従って、車両衝突のような安全事故が発生した場合、バッテリーを冷却させると同時に、バッテリーの出力及び／又は容量を低減できる新たな方式のバッテリー安全装置が求められている。

韓国特許公開第１０−２０１２−００４２９８６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両に安全事故が発生した場合、バッテリーを冷却させると同時にバッテリーを放電できるバッテリー安全装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリー安全装置は、車両に搭載されたバッテリーの電圧を測定する電圧センサー部；前記バッテリーの両端に連結され、前記バッテリーから電力の供給を受けて前記バッテリーを冷却させる冷却装置；前記冷却装置とバッテリーとの間に連結され、制御信号によってターンオン又はターンオフされるスイッチ部；及び外部から入力された衝突値が予め設定された基準衝突値以上であって、且つ、前記電圧センサー部から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以上である場合、前記スイッチ部をターンオンさせる制御信号を出力する制御部；を含むことを特徴とする。

前記冷却装置は、前記バッテリーを冷却させると同時に前記バッテリーを放電させることができる。

また、前記冷却装置は、冷却ファンを備えることができる。

また、前記冷却装置は、熱電素子を備えることができる。

前記熱電素子は、冷気を発散する側が前記バッテリーに向かうように配置されることが望ましい。

前記外部から入力された衝突値は、車両制御装置から出力することができる。

また、前記外部から入力された衝突値は、車両に取り付けられた衝突感知センサーから出力することができる。

また、前記外部から入力された衝突値は、車両に取り付けられたエアバッグ作動センサーから出力することができる。

前記制御部は、前記スイッチ部をターンオンさせた後、前記電圧センサー部から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以下になる場合、前記スイッチ部をターンオフさせることができる。

前記バッテリー安全装置は、前記基準衝突値及び前記基準電圧値を保存するメモリ部をさらに含むことができる。

本発明の一態様によれば、前記冷却装置は、前記バッテリーの両端に連結され、前記バッテリーから電力の供給を受けて駆動されるため、前記バッテリーを冷却させる役割を果たすだけでなく、前記バッテリーを放電させる放電抵抗の役割を同時に果たすことができる。従って、本発明は、冷却を通じて発火又は爆発を防止し、バッテリーの出力及び／又は充電容量を低減させて発火又は爆発の危険性を減らすだけでなく、発火又は爆発が生じてもその危険性を最小化することができる。

本発明の他の態様によれば、前記制御部は、車両事故が発生してもバッテリーの出力及び／又は充電容量が所定基準未満である場合は、危ない状況ではないと判断して冷却装置を作動させない。従って、不要に安全装置が動作することを防止することができる。

また、前記制御部は、冷却装置を作動させた後、バッテリーの出力及び／又は充電容量が所定基準未満である場合は冷却装置の動作を中断させて、バッテリーがそれ以上消耗しないようにする。それにより、車両の運転者は事故の後にも残存バッテリーを用いて車両を制御することができる。従って、車両事故後の後続措置を容易に取ることができる。

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。

本発明の一の実施例におけるバッテリー安全装置の構成を概略的に示したブロック図である。 本発明の一の実施例における冷却装置の構成を示した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。従って、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一の実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図１は、本発明の一の実施例によるバッテリー安全装置の構成を概略的に示したブロック図である。

図１を参照すれば、本発明の一の実施例によるバッテリー安全装置１０は、電圧センサー部４、スイッチ部５、制御部２、及び冷却装置６を含む。

前記電圧センサー部４は、車両に搭載されたバッテリー３の電圧を測定し、電圧測定値を前記制御部２に出力する。

前記バッテリー３は１つ以上の二次電池セルを含むものであって、二次電池セルの種類は特に限定されない。それぞれの二次電池セルは再充電可能であり、充電電圧又は放電電圧を考慮するリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などで構成することができる。また、前記バッテリー３に含まれる二次電池セルの数は、求められる出力電圧又は充放電容量に応じて多様に設定することができる。しかし、本発明が二次電池セルの種類、出力電圧、充電容量などによって限定されることはない。また、本発明は前記二次電池セルの連結方法によって制限されない。

一方、前記電圧センサー部４が測定した電圧測定値は、バッテリー３の出力及び／又は充電容量（ＳＯＣ；State Of Charge）を推定するパラメーターとして使用することができる。一般に、バッテリー３の電圧とバッテリー３の出力及び充電容量とは比例する関係にあり、バッテリー３の電圧を用いてバッテリー３の出力及び充電容量を推定する多様な技術が当業界に知られている。一例として、バッテリー３の電圧に対応する出力及び充電容量が記録されたルックアップテーブルを参照する方式でバッテリー３の出力及び充電容量を推定することができる。

前記冷却装置６は前記バッテリー３の両端に電気的に連結され、前記バッテリー３から駆動電力の供給を受ける。そして、前記冷却装置６は前記バッテリー３から電力の供給を受けて駆動し、前記バッテリー３を冷却させることができる。すなわち、前記冷却装置６は冷却の対象になるバッテリー３に電気的に連結され、バッテリー３を冷却させると同時に前記バッテリー３を放電させることができる。

前記冷却装置６としては多様な冷却手段を採用することができる。

一例として、前記冷却装置６は冷却ファンを備えることができる。前記冷却ファンは冷却空気をバッテリー３に供給する形態、加熱されたバッテリー３周辺の空気を吸い込んで外部に排出する形態、又は、両方の形態をすべて備える形態で構成することができる。

他の例として、前記冷却装置６は熱電素子を備えることができる。前記熱電素子は、電流が流れればペルチェ効果（Peltier Effect）によって冷気を発散する半導体素子である。ここで、ペルチェ効果とは、相異なる２つの伝導体で構成された回路に電流が流れるようになれば、電流の方向によって相異なる導体間接合の一方は加熱される一方、他方は冷却される現象を言う。従って、前記熱電素子には熱気を発散する側と冷気を発散する側とが存在する。望ましくは、前記熱電素子は冷気を発散する側が前記バッテリー３に向かうように構成されている。

さらに他の例として、前記冷却装置６は前記冷却ファンと熱電素子を全て備えることができる。

図２は、本発明の一の実施例による冷却装置の構成を示した図である。

図２を参照すれば、本発明の一の実施例による冷却装置６は４つの冷却ファンＦ１〜Ｆ４及び２つの熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２を含む。前記２つの熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２は、バッテリー３の両側に設けられ、バッテリー３側に冷気（図２において実線で示す）を発散し、バッテリー３の反対側に熱気（図２において点線で示す）を発散するように構成される。また、４つの冷却ファンＦ１〜Ｆ４のうち２つの冷却ファンＦ１、Ｆ２は、それぞれバッテリー３と熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２との間に備えられ、バッテリー３を冷却させると同時に熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２から発散される冷気をバッテリー３に素早く供給する。

そして、４つの冷却ファンＦ１〜Ｆ４のうち残り２つの冷却ファンＦ３、Ｆ４は、前記２個の熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２の外側にそれぞれ１つずつ備えられ、熱電素子Ｔ_１、Ｔ_２から発散された熱気を外部に素早く排出させる。このような構成によれば、バッテリー３を迅速に冷却できるだけでなく、バッテリー３を迅速に放電できる効果がある。また、前記バッテリー３は外気と隔離したチャンバ又はハウジングに備えられ、冷気はバッテリー３に供給され、熱気はチャンバの外部に排出されるようにすることが望ましい。

一方、上述した冷却装置６の構成は一例に過ぎず、他の多様な冷却手段を本発明の冷却装置６の構成に採用できることは勿論である。

前記スイッチ部５は、前記冷却装置６とバッテリー３との間に電気的に連結されている。そして、前記スイッチ部５は前記制御部２から出力された制御信号によってターンオン／ターンオフされる。すなわち、前記スイッチ部５は制御部２の命令を受けて選択的にターンオン又はターンオフされることによって、前記冷却装置６と前記バッテリー３とを電気的に連結させるか、又は、前記冷却装置６と前記バッテリー３との間の電気的連結を解除させることができる。

前記制御部２は、外部から入力された衝突値が予め設定された基準衝突値以上であって、且つ、前記電圧センサー部４から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以上である場合に、前記スイッチ部５をターンオンさせる制御信号を出力する。

前記制御部２は、車両衝突が発生したか否かを判断するために、外部から入力された衝突値を予め設定された基準衝突値と比べる。前記制御部２は、比較の結果、入力された衝突値が予め設定された基準衝突値以上である場合、車両が衝突したと判断することができる。ここで、前記基準衝突値は、車両の特性、衝突時の衝撃量と前記バッテリー３の耐久性などを考慮して設定することができる。

そして、前記制御部２は、多様な方式で外部からの前記衝突値の入力を受けることができる。

一例として、前記外部から入力された衝突値は、車両制御装置から出力されたものであり得る。前記車両制御装置は、車両に装着されたセンサーから信号を受信し、それに従う電子的制御を担当する中央制御装置（Main Control Unit)を意味する。

他の例として、前記外部から入力された衝突値は、車両に取り付けられた衝突感知センサーから出力されたものであり得る。前記衝突感知センサーとしては、車両に取り付けられてエアバッグの作動に使用されるセンサー又は加速度センサーが挙げられる。

さらに他の例として、前記外部から入力された衝突値は、車両に取り付けられたエアバッグ作動センサーから出力されたものであり得る。車両に取り付けられたエアバッグが作動する程度の衝撃であれば、前記バッテリー３に衝撃が伝達されることもあり得るためである。

また、前記制御部２は、前記電圧センサー部４から受信した電圧値と予め設定された基準電圧値とを比べる。ここで、予め設定された基準電圧値は、バッテリー３の発火又は爆発危険性を考慮して設定され得る。バッテリー３の電圧値が高いということはバッテリー３が高出力及び／又は高容量状態であることを示すため、バッテリー３の電圧値はバッテリー３の爆発の憂慮及び爆発時の危険性を示す指標になり得る。従って、前記基準電圧値はこのようなバッテリー３の発火又は爆発の危険性などを考慮して設定することができる。

前記制御部２は、前記外部から入力された衝突値と予め設定された基準衝突値とを比べた結果、外部から入力された衝突値が予め設定された基準衝突値より大きい場合には、上述したように、車両が衝突したと判断する。また、前記制御部２は車両が衝突したと判断した場合であって、前記電圧センサー部４から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以上である場合には、前記スイッチ部５をターンオンさせる制御信号を出力する。

すなわち、前記制御部２は、車両に衝突が発生したことだけをもって冷却装置６を作動させるのではなく、バッテリー３の電圧が所定基準以上であり、危ない状況であると判断される場合に冷却装置６を作動させる。

同様に、前記制御部２は前記スイッチ部５をターンオンさせた後、前記電圧センサー部４から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以下になる場合、前記スイッチ部５をターンオフさせる。すなわち、前記制御部２は、危ない状況であると判断して冷却装置６を作動させた後、バッテリー３が十分放電すれば冷却装置６の作動を中断させることができる。冷却装置６の作動によってバッテリー３が十分放電してバッテリー３の発火又は爆発の危険性が低減し、それ以上バッテリー３を放電させる必要がないためである。また、車両事故後の後続処理のためにも、最小限のバッテリー３を残しておくことが望ましい。車両事故の後、車両のバッテリー３が満放電すれば、車両が自立駆動できなくなって車両を牽引しなければならないためである。

一方、前記予め設定された基準電圧値は、スイッチをターンオンさせるための制御に用いられる値とターンオンされたスイッチをターンオフさせるための制御に用いられる値とを相異ならせて設定することもできる。通常の技術者は実験又はシミュレーションなどを通じて適切な水準の基準電圧値を設定することができる。

本発明によるバッテリー安全装置１０は、メモリ部をさらに含むことができる。前記メモリ部には、前記基準衝突値及び基準電圧値が保存され得る。

前記メモリ部は、前記制御部２の内部又は外部に設けられており、周知の多様な手段によって前記制御部２と連結されている場合がある。前記メモリ部は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどデータを記憶して削除できると知られた公知の半導体素子やハードディスクのような大容量記憶媒体であって、装置の種類に関係なく情報が記録される装置を総称し、特定メモリ装置を指称することではない。

一方、本発明の説明において、本発明によるバッテリー安全装置に対する各構成は物理的に区分される構成要素ではなく、論理的に区分される構成要素として理解せねばならない。

すなわち、それぞれの構成は本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、それぞれの構成要素が統合又は分離しても本発明の論理構成の機能さえ実現できれば本発明の範囲内であり、また、同一又は類似の機能を果たす構成要素であればその名称の一致如何とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されねばならない。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

１ 車両制御装置
２ 制御部
３ バッテリー
４ 電圧センサー部
５ スイッチ部
６ 冷却装置
１０ バッテリー安全装置
Ｆ１ 冷却ファン
Ｆ２ 冷却ファン
Ｆ３ 冷却ファン
Ｆ４ 冷却ファン
Ｔ_１ 熱電素子
Ｔ_２ 熱電素子

Claims (10)

1. 車両に搭載されているバッテリーの電圧を測定するための電圧センサー部と、
   前記バッテリーの両端に連結されており、前記バッテリーから電力の供給を受けて前記バッテリーを冷却させる冷却装置と、
   前記冷却装置とバッテリーとの間に連結されており、制御信号によってターンオン又はターンオフされるスイッチ部と、
   外部から入力された衝突値が予め設定された基準衝突値以上であって、且つ、前記電圧センサー部から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以上である場合に、前記スイッチ部をターンオンさせる制御信号を出力する制御部と、
   を含んでいることを特徴とするバッテリー安全装置。
2. 前記冷却装置が、前記バッテリーを冷却させると同時に前記バッテリーを放電させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
3. 前記冷却装置が、冷却ファンを備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
4. 前記冷却装置が、熱電素子を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
5. 前記熱電素子において、冷気を発散する側が前記バッテリーに向かうように配置されていることを特徴とする請求項４に記載のバッテリー安全装置。
6. 前記外部から入力された衝突値が、車両制御装置から出力されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
7. 前記外部から入力された衝突値が、車両に取り付けられた衝突感知センサーから出力されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
8. 前記外部から入力された衝突値が、車両に取り付けられているエアバッグ作動センサーから出力されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
9. 前記制御部が、前記スイッチ部をターンオンさせた後に、前記電圧センサー部から受信した電圧値が予め設定された基準電圧値以下になる場合に、前記スイッチ部をターンオフさせることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。
10. 前記基準衝突値及び前記基準電圧値を保存するメモリ部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー安全装置。

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